Физики впервые продемонстрировали процесс квантовой телепортации с одного кремниевого чипа на другой. Их система, построенная на принципах интегральной оптики, использует комбинацию нелинейных источников фотонов и линейных квантовых схем. Такая конструкция обеспечивает одну из самых высоких точностей телепортации на сегодняшний день. Работа опубликована в Nature Physics.
Для построения систем обработки и передачи квантовой информации ученые часто используют принципы интегральной оптики. Оптика обладает несколькими весомыми преимуществами: например, позволяет масштабировать систему, увеличивая ее вычислительные способности. Работа с квантовыми данными в интегральной оптике, однако, требует реализации нескольких сложных механизмов. Такая система должна уметь генерировать группы одиночных фотонов, управлять ими, а, затем — регистрировать.
В предыдущих работах физики уже сталкивались с проблемой создания генератора с достаточно яркими и различимыми фотонами. Кроме того, объединение источника фотонов с квантовыми схемами (регистраторами) в пределах одного компактного устройства — довольно трудная задача. Несмотря на это, в 2014 году ученым удалось произвести квантовую телепортацию фотона в пределах одного кремниевого чипа.
Теперь международная группа ученых во главе с Даниэлем Ллевеллином (Daniel Llewellyn) из Бристольского университета построила систему, позволяющую произвести квантовую телепортацию с одного чипа на другой. Она состоит из двух частей — передатчика (5 × 3 миллиметра) и приемника (3,5 × 1,5 миллиметра). Передатчик представляет собой сеть из нелинейных источников фотонов и линейных квантовых схем.
Сначала генерируются две пары фотонов, которые проходят через датчик, определяющий, запутаны ли они. Затем через волноводные каналы они направляются к линейной квантовой схеме (последовательности квантовых опытов). Последний этап — измерение при помощи системы интерферометров Маха — Цендера (это устройство состоит из волновода, который разветвляется на две части; электроды, расположенные по бокам плеч интерферометра снова сводят пучок в единый). Один из запутанных фотонов отправляется в приемник по десятиметровому оптоволоконному кабелю. Приемник производит те же измерения интерферометром, что и передатчик.
Установка может телепортировать фотоны в пределах одного и двух чипов (в случае с двумя чипами они находились на расстоянии 10 метров друг от друга). Степень совпадения квантовых состояний (точность телепортации) в первом режиме равна 0,906, во втором — 0,885. В работе по телепортации 2014 года физики добились показателя около 0,89.
По словам авторов, их работа может пригодиться в более масштабных проектах на интегральной оптике, которые применимы в сфере квантовой связи и вычислений. Речь идет не только о квантовом компьютере, но и о квантовой сети, реализованной на оптических принципах. Повышение точности передачи данных даст физикам возможность создавать более эффективные средства связи, работающие на основе квантовой телепортации.
Не так давно ученые сфотографировали квантовую запутанность, вы можете посмотреть на нее. А о том, как правильно понимать эксперименты с запутанными частицами нам рассказывал профессор Александр Львовский.
Олег Макаров